DE19959776B4

DE19959776B4 - Differentialschutzverfahren

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Publication number: DE19959776B4
Application number: DE19959776A
Authority: DE
Inventors: Luc Dr.-Ing. Philippot; Yves Ngounou Dipl.-Ing. Montreal Ngambo; Torsten Dipl.-Ing. Kerger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1999-12-07
Filing date: 1999-12-07
Publication date: 2008-12-11
Anticipated expiration: 2019-12-08
Also published as: DE50015904D1; DE19959776A1; EP1236258B1; EP1236258A1; US6956363B2; US20030076112A1; WO2001043256A1

Abstract

Verfahren zum Erzeugen eines einen Fehlerstrom eines mindestens zwei Leiterenden (120, 123, 126, 129) aufweisenden elektrischen Leiters (130) kennzeichnenden Fehlersignals mit Ladungsmesseinrichtungen (100, 103, 106, 109), die über Datenleitungen (112) untereinander verbunden sind und von denen an jedem Leiterende des Leiters jeweils eine angebracht ist, wobei bei dem Verfahren
– mit den Ladungsmesseinrichtungen Ladungsmesswerte gemessen werden, die jeweils die durch das jeweilige Leiterende während einer vorgegebenen Messdauer geflossene Ladungsmenge angeben,
– mit den Ladungsmesswerten unter Berücksichtigung der Richtung des Ladungsflusses durch Addition ein Gesamtladungsmesswert gebildet wird und
– das Fehlersignal erzeugt wird, wenn der Gesamtladungsmesswert betragsmäßig einen an die jeweilige Messsituation angepassten Schwellenwert überschreitet,
dadurch gekennzeichnet, dass
– der Schwellenwert unter Berücksichtigung der individuellen Messtoleranz der einzelnen Ladungsmesseinrichtungen gebildet ist, wobei
– die Beträge der Ladungsmesswerte jedes Leiterendes mit der individuellen Messtoleranz der jeweiligen Ladungsmesseinrichtung gewichtet und unter Bildung eines Gesamtmessfehlers aufsummiert werden und...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erzeugen eines einen Fehlerstrom eines mindestens zwei Leiterenden aufweisenden elektrischen Leiters kennzeichnenden Fehlersignals mit Ladungsmesseinrichtungen, die über Datenleitungen untereinander verbunden sind und von denen an jedem Leiterende des Leiters jeweils eine angebracht ist, wobei bei dem Verfahren

– mit den Ladungsmesseinrichtungen Ladungsmesswerte gemessen werden, die jeweils die durch das jeweilige Leiterende während einer vorgegebenen Messdauer geflossene Ladungsmenge angeben,
– mit den Ladungsmesswerten unter Berücksichtigung der Richtung des Ladungsflusses durch Addition ein Gesamtladungsmesswert gebildet wird und
– das Fehlersignal erzeugt wird, wenn der Gesamtladungsmesswert betragsmäßig einen an die jeweilige Messsituation angepassten Schwellenwert überschreitet,

Ein derartiges Verfahren ist aus der Druckschrift „Charge comparison protection of transmission lines – relaying concepts" (Ernst, Hinman, Quam, Thorp; IEEE Transaction an Power Delivery, Vol. 7, No. 4, Oct. 1992, Seiten 1834 bis 1846) bekannt. Bei diesem vorbekannten Verfahren wird an jedem Leiterende eines Leiters der jeweilige Strom unter Bildung von Stromabtastwerten abgetastet. Die Abtastwerte werden dabei in einem zeitlichen Abstand von 0,5 ms aufgenommen. Die dabei entstehenden Abtastwerte werden leiterendenindividuell unter Bildung von Ladungsmesswerten integriert, wobei die Integrationsdauer einer halben Periodendauer des Stromes – es handelt es sich bei dem vorbekannten Verfahren um einen Wechselstrom mit einer Grundfrequenz von 60 Hz – entspricht. Die Integrationsintervalle beginnen und enden dabei stets bei Nulldurchgängen des Wechselstroms. Die in dieser Weise gebildeten Ladungsmesswerte werden aufsummiert, und zwar zum einen unter Bildung einer skalaren Summe („sum of absolute magnitudes"), indem die Ladungsmesswerte ohne Berücksichtigung der jeweiligen Vorzeichen – also ohne Berücksichtigung des Ladungsflusses – aufsummiert werden, und zum anderen unter Bildung einer arithmetischen Summe („absolute magnitude of the sum of the signed magnitudes") – nachfolgend hier Gesamtladungsmesswert genannt –, indem die Ladungsmesswerte mit Berücksichtigung der jeweiligen Vorzeichen aufsummiert werden. Das Fehlersignal wird dann erzeugt, wenn der Gesamtladungsmesswert (arithmetische Summe) einen von der skalaren Summe abhängigen, also einen an die jeweilige Messsituation angepassten Schwellenwert überschreitet.
Aus der US-Patentschrift US 5,809,045 ist ferner ein digitales Ladungsdifferentialschutzsystem bekannt, bei dem bei der Bildung eines Schwellenwertes auch Messfehler berücksichtigt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art dahingehend fortzuentwickeln, das mit diesem Fehler noch empfindlicher erfasst werden können als bisher.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der Schwellenwert unter Berücksichtigung der individuellen Messtoleranz der einzelnen Ladungsmesseinrichtungen gebildet ist, wobei die Beträge der Ladungsmesswerte jedes Leiterendes mit der individuellen Messtoleranz der jeweiligen Ladungsmesseinrichtung gewichtet und unter Bildung eines Gesamtmessfehlers aufsummiert werden und der Schwellenwert derart gewählt wird, dass er stets mindestens so groß ist wie der Gesamtmessfehler.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass mit diesem besonders empfindlich Fehler erkannt werden können; denn bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Schwellenwert unter Berücksichtigung der individuellen Messtoleranz der einzelnen Ladungsmesseinrichtungen gebildet. Dies ermöglicht bei dem erfindungsgemäßen Verfahren konkret, dass berücksichtigt werden kann, wenn beispielsweise eine sehr ungenau arbeitende Ladungsmesseinrichtung einen sehr großen Ladungsmesswert misst und damit zwangsläufig auch einen besonders großen Messfehler erzeugt; denn das erfindungsgemäße Verfahren berücksichtigt die individuelle Messtoleranz einer jeden Ladungsmesseinrichtung. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die individuelle Messtoleranz besonders einfach und damit vorteilhaft berücksichtigt, indem nämlich ein Gesamtmessfehler durch Aufsummieren der mit der individuellen Messtoleranz gewichteten Ladungsmesswerte gebildet wird.
Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass mit den Ladungsmesseinrichtungen zunächst der durch die jeweiligen Leiterenden fließende Strom gemessen wird und durch analoge oder digitale Integration der dabei gebildeten Strommesswerte über die Messdauer jeweils die Ladungsmesswerte gebildet werden. Bei dieser Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist also vorgesehen, dass die Ladungsmesswerte durch Integration von Strommesswerten gebildet werden, wodurch konkret ermöglicht wird, dass zur Bildung der Ladungsmesswerte übliche Strommesseinrichtungen eingesetzt werden können.
Besonders einfach und damit vorteilhaft lässt sich bei dieser Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens die individuelle Messtoleranz der einzelnen Ladungsmesseinrichtungen berücksichtigen, wenn für jedes Leiterende jeweils der maximale Strommesswert innerhalb der Messdauer bestimmt wird, die maximalen Strommesswerte jeweils mit einem die Messdauer angebenden Messdauer-Wert unter Bildung fiktiver momentaner Maximalladungsmesswerte multipliziert werden, die Beträge der Maximalladungsmesswerte jeweils mit der individuellen Messtoleranz der jeweiligen Ladungsmesseinrichtung gewichtet und unter Bildung eines Gesamtstrommessfehlers aufsummiert werden und der Schwellenwert derart gewählt wird, dass er stets mindestens so groß ist wie der Gesamtstrommessfehler; bei dieser Weiterbildung wird also die individuelle Messtoleranz der einzelnen Ladungsmesseinrichtungen unter besonderer Heranziehung fiktiver momentaner Maximalladungsmesswerte berücksichtigt, wodurch ein fehlerhaftes Erzeugen des Fehlersignals besonders zuverlässig vermieden wird.
Bei der Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist – wie oben beschrieben – vorgesehen – dass die Ladungsmesswerte durch Integration von Strommesswerten gebildet werden; besonders zuverlässig lässt sich bei dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens das Fehlersignal erzeugen, wenn der durch die Integration der Strommesswerte auftretende Integrationsfehler in jeder der Ladungsmesseinrichtungen aufsummiert wird, der resultierende Gesamtintegrationsfehler zu dem Gesamtstrommessfehler unter Bildung eines Gesamtmessfehlers addiert wird und der Schwellenwert derart gewählt wird, dass er stets mindestens so groß ist wie der Gesamtmessfehler; denn bei dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zusätzlich zu der individuellen Messtoleranz der Ladungsmesseinrichtung auch der Integrationsfehler bei der Integration der Strommesswerte berücksichtigt.
Im übrigen wird es als vorteilhaft angesehen, wenn zusätzlich der Synchronisationsfehler bei der Bildung der Ladungsmesswerte berücksichtigt wird; es wird also konkret vorgeschlagen, dass der durch fehlerhafte Synchronisation der Ladungsmesseinrichtungen maximal auftretende Synchronisationsfehler ermittelt wird, der resultierende Synchronisationsfehler zu dem Gesamtmessfehler unter Bildung eines Gesamt-Systemfehlers addiert wird und der Schwellenwert derart gewählt wird, dass er stets mindestens so groß ist wie der Gesamt-Systemfehler.
Um sicherzustellen, dass auch bei sehr kleinen Gesamtladungsmesswerten ein fehlerhaftes Erzeugen des Fehlersignals vermieden wird, wird es darüber hinaus als vorteilhaft angesehen, wenn das Fehlersignal erzeugt wird, wenn der Gesamtladungsmesswert einen fest vorgegebenen Mindestschwellenwert und den Gesamtsystemfehler überschreitet; bei dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nämlich vermieden, dass es zu einem Erzeugen des Fehlersignals kommt, wenn insgesamt nur sehr geringe Strom- bzw. Ladungsmesswerte vorliegen.
Im Übrigen wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Messung der Ladungsmesswerte in der Weise regelmäßig wiederholt wird, dass der zeitliche Abstand zwischen jeweils zwei aufeinander folgenden Messungen kleiner ist als die vorgegebene Messdauer. Ein wesentlicher Vorteil dieser Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass mit diesem besonders zuverlässig Fehler erkannt werden können; denn im Unterschied zu dem vorbekannten, eingangs beschriebenen Verfahren werden die Messungen der Ladungsmesswerte nicht getrennt nacheinander, sondern zeitlich überlappend durchgeführt. Dadurch wird konkret erreicht, dass pro Periode deutlich mehr Ladungsmesswerte erfasst werden und somit eine noch größere „Datenbasis" für die Fehlererkennung zur Verfügung steht als bisher. Dies soll anhand eines Zahlenbeispiels verdeutlicht werden: Bei dem vorbekannten Verfahren werden die Ladungsmesswerte stets bezogen auf eine halbe Periodenlänge gebildet, so dass – pro Periode – maximal zwei Ladungsmesswerte pro Leiterende zur Auswertung zur Verfügung stehen; im Unterschied hierzu werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Ladungsmesswerte mit zeitlich überlappenden Messfenstern gebildet, wodurch je nach dem Grad der vorgegebenen Überlappung quasi beliebig viele Ladungsmesswerte gebildet werden können. Dies führt insgesamt zu einer größeren Datenmenge bzw. Datenbasis, die ausgewertet werden kann, und damit zu einer größeren Zuverlässigkeit beim Bilden des Fehlersignals.
Werden die Ladungsmesswerte durch Integration von Strommessgrößen (analog oder digital) gebildet, die mit Stromwandlern erzeugt wurden, so kann es zu Messfehlern durch Stromwandlersättigung kommen; um Messfehler durch Stromwandlersättigung zu vermeiden, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die vorgegebene Messdauer – also das Messfenster für die Messung der Ladungsmengen – deutlich kleiner ist als die halbe Periodendauer des Stromes, damit ggf. das Fehlersignal erzeugt werden kann, bevor die Stromwandler in Sättigung gehen. Erfindungsgemäß wird konkret vorgeschlagen, dass die vorgegebene Messdauer etwa einem Viertel der Periodendauer des Stromes entspricht; denn eine solche Messfensterlänge ist lang genug, um gute verwertbare Ladungsmesswerte zu erhalten, und wiederum kurz genug, um zuverlässig vor Eintritt von Stromwandlersättigung das Messsignal erzeugen zu können.
Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird es dabei als vorteilhaft angesehen, wenn der zeitliche Abstand zwischen zwei zeitlich teilweise überlappenden Messungen etwa halb so groß sind wie die vorgegebene Messdauer (gleich Länge des Messfensters); konkret bedeutet dies bei einer Messfensterlänge, die einem Viertel der Periodendauer des Stromes entspricht, dass ca. 8 Ladungsmesswerte pro Periode erzeugt werden, wodurch im allgemeinen eine ausreichende Zuverlässigkeit bei der Bildung des Fehlersignals erreicht wird.
Wird der Gesamtladungsmesswert in einer der Ladungsmesseinrichtungen gebildet, also in einer ausgewählten Ladungsmesseinrichtung, so wird es gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens als vorteilhaft angesehen, wenn bei einem Leiter mit mindestens drei Leiterenden zu der ausgewählten Ladungsmesseinrichtung ein Zwischenwert übertragen wird, der aus den Ladungsmesswerten der übrigen Ladungsmesseinrichtungen durch Addition vorab gebildet ist, und der Gesamtladungsmesswert mit dem Ladungsmesswert der ausgewählten Ladungsmesseinrichtung und mit dem Zwischenwert durch Addition gebildet wird; denn gemäß dieser Weiterbildung wird Datenrate eingespart, weil zu der ausgewählten Ladungsmesseinrichtung nicht die Ladungsmesswerte aller übrigen Ladungsmesseinrichtungen – also eine Vielzahl von Messwerten – übertragen werden müssen, sondern lediglich ein einziger Messwert, nämlich der Zwischenwert.
Alternativ wird es als vorteilhaft angesehen, wenn bei einem Leiter mit mindestens drei Leiterenden zu der ausgewählten Ladungsmesseinrichtung zwei Zwischenwerte übertragen werden, und zwar ein erster, der aus den Ladungsmesswerten einer ersten Gruppe der übrigen Ladungsmesseinrichtungen durch Addition gebildet ist, und ein zweiter Zwischenwert, der aus den Ladungsmesswerten einer zweiten Gruppe der übrigen Ladungsmesseinrichtungen durch Addition gebildet ist, wobei die zweite Gruppe alle Ladungsmesseinrichtungen außer der ausgewählten Ladungsmesseinrichtung und den Ladungsmesseinrichtungen der ersten Gruppe enthält, der Gesamtladungsmesswert mit dem Ladungsmesswert der ausgewählten Ladungsmesseinrichtung und den beiden Zwischenwerten durch Addition gebildet wird; diese alternative Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt sich insbesondere dann vorteilhaft einsetzen, wenn die Ladungsmesseinrichtungen zum Datenaustausch datenleitungsmäßig unter Bildung einer „Kette" untereinander verbunden sind und die ausgewählte Ladungsmesseinrichtung ein inneres Kettenglied dieser so gebildeten Kette ist.
Das Prinzip der „Zwischenwertbildung" lässt sich auch auf die Messfehler der Ladungsmesseinrichtungen vorteilhaft in entsprechender Weise übertragen; dies ist in den beiden letzen Unteransprüchen 14 und 15 beschrieben.
Zur Erläuterung der Erfindung zeigt
1 ein Ausführungsbeispiel für eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 ein zweites Ausführungsbeispiel für eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und
3 ein Ausführungsbeispiel für eine Ladungsmesseinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
1 zeigt eine Anordnung 3 zum Überwachen eines elektrischen Leiters 6 auf einen Fehlerstrom. Der elektrische Leiter 6 weist insgesamt fünf Leiterenden auf, und zwar ein erstes Leiterende 9, ein zweites Leiterende 12, ein drittes Leiterende 15, ein viertes Leiterende 18 sowie ein fünftes Leiterende 21. An jedem der Leiterenden 9, 12, 15, 18 und 21 ist jeweils eine Ladungsmesseinrichtung angebracht, wobei die Ladungsmesseinrichtungen über Datenleitungen – beispielsweise optische Glasfasern – miteinander verbunden sind. Dabei ist an das erste Leiterende 9 eine ausgewählte erste Ladungsmesseinrichtung 30 und an die übrigen Leiterenden 12, 15, 18 und 21 jeweils eine weitere Ladungsmesseinrichtung 33, 36, 39 und 42 angeschlossen.
Konkret ist die erste Ladungsmesseinrichtung 30 mit Ihrem Messwerteingang E30a mit einem Messwertausgang A33a der ersten weiteren Ladungsmesseinrichtung 33 – im Weiteren kurz als zweite Ladungsmesseinrichtung 33 bezeichnet – verbunden. Dieser ist an einem Messwerteingang E33a die zweite der weiteren Ladungsmesseinrichtungen 36 – im Weiteren kurz als dritte Ladungsmesseinrichtung 36 bezeichnet – mit Ihrem Messwertausgang A36a vorgeordnet.
Die erste Ladungsmesseinrichtung 30 ist außerdem mit einem weiteren Messwerteingang E30b mit einem Messwertausgang A39a der dritten der weiteren Ladungsmesseinrichtungen 39 – im Weiteren kurz als vierte Ladungsmesseinrichtung 39 bezeichnet – verbunden. Dieser ist an einem Messwerteingang E39a die vierte der weiteren Ladungsmesseinrichtungen 42 – im Weiteren kurz als fünfte Ladungsmesseinrichtung 42 bezeichnet – mit Ihrem Messwertausgang A42a vorgeordnet.
Die fünf Ladungsmesseinrichtungen 30, 33, 36, 39 und 42 sind also in einer kettenförmigen Struktur untereinander verbun den, wobei die dritte Ladungsmesseinrichtung 36 und die fünfte Ladungsmesseinrichtung 42 in der Kette außenliegende Ladungsmesseinrichtungen und die erste Ladungsmesseinrichtung 30, die zweite Ladungsmesseinrichtung 33 und die vierte Ladungsmesseinrichtung 39 in der Kette innenliegende Ladungsmesseinrichtungen bilden.
Mit der Anordnung 3 wird der elektrische Leiter 6 in nachfolgend beschriebener Weise auf einen Fehlerstrom hin überwacht.
Mit einem nicht dargestellten Taktgenerator wird an alle Ladungsmesseinrichtungen ein Taktsignal T_A übermittelt. Mit diesem Taktsignal T_A wird sichergestellt, dass alle Ladungsmesseinrichtungen die durch ihr jeweiliges Leiterende während einer vorgegebenen Messdauer geflossene Ladungsmenge jeweils zeitsynchron, also zu gleichen Zeitpunkten ermitteln.
Nachdem nun von allen Ladungsmesseinrichtungen zu einem Zeitpunkt die Ladungsmengen bzw. Ladungen QA', ..., QE' in ihren jeweiligen Leiterenden 9, 12, 15, 18, 21 gemessen wurden, wird wie folgt vorgegangen:
Der der Ladung QC' im Leiterende 15 entsprechende Ladungsmesswert IC der dritten Ladungsmesseinrichtung 36 wird am Messwertausgang A36a der dritten Ladungsmesseinrichtung 36 abgegeben und zum Messwerteingang E33a der zweiten Ladungsmesseinrichtung 33 übertragen. Diese zweite Ladungsmesseinrichtung 33 addiert zu dem der durch ihr Leiterende 12 fließenden Ladung QB' entsprechenden Ladungsmesswert QB den von der dritten Ladungsmesseinrichtung 36 übertragenen Ladungsmesswert QC unter Bildung eines Summenladungsmesswertes QC + QB mit einer in der 1 nicht dargestellten Recheneinheit. Dieser Summenladungsmesswert QC + QB wird von der zweiten Ladungsmesseinrichtung 33 zu der ersten Ladungsmesseinrichtung 30 übertragen.
Die fünfte Ladungsmesseinrichtung 42 am fünften Leiterende 21 sowie die vierte Ladungsmesseinrichtung 39 am vierten Leiterende 18 arbeiten genauso wie die zweite und die dritte Ladungsmesseinrichtung, d. h., dass sie jeweils den Ladungsmesswert der eigenen Ladungsmesseinrichtung zu einem an ihrem Messwerteingang anliegenden Ladungsmesswert der ggf. jeweils vorgeordneten Ladungsmesseinrichtung unter Berücksichtigung der jeweiligen Ladungsflussrichtung vorzeichenrichtig addieren und den resultierenden Summenladungsmesswert an ihrem Messwertausgang als Messwert abgeben.
Zu dem einen Messwerteingang E30a der ersten Ladungsmesseinrichtung 30 gelangt also ein erster Zwischenwert, der sich aus den Ladungsmesswerten QB und QC zusammensetzt, und zu dem weiteren Messwerteingang E30b der ersten Ladungsmesseinrichtung 30 gelangt ein zweiter Zwischenwert, der sich aus den Ladungsmesswerten QE und QD zusammensetzt.
In der ersten Ladungsmesseinrichtung 30 wird daraufhin durch Addition des ersten und des zweiten Zwischenwertes sowie des die Ladung QA' im Leiterende 9 angebenden Ladungsmesswertes QA ein Gesamtladungsmesswert gebildet; dieser Gesamtladungsmesswert ist gleich QA + QB + QC + QD + QE.
Der Gesamtladungsmesswert QA + QB + ... + QE muss den Kirchhoff'schen Gesetzen zufolge gleich Null sein, wenn kein Fehlerstrom aufgetreten ist; ist der Gesamtladungsmesswert ungleich Null bzw. überschreitet er einen vorgegebenen Schwellenwert, so ist ein Fehlerstrom aufgetreten. Unter einem Fehlerstrom wird dabei ein Strom verstanden, der an einer Fehlerstelle, beispielsweise einer Kurzschlussstelle, also nicht an einem der Leiterenden 9, 12, 15, 18 bzw. 21 von der Leitung 6 abfließt oder in die Leitung 6 eingespeist wird. Beide Arten von Fehlerströmen schlagen sich in dem Gesamtladungsmesswert der Ladungsmesseinrichtung 30 nieder, was durch Vergleich des Gesamtladungsmesswertes mit einem Schwellenwert, der ungefähr gleich Null ist, festgestellt werden kann. Überschreitet der Gesamtladungsmesswert den vorgegebenen Schwellenwert, so wird von der Ladungsmesseinrichtung 30 ein Fehlersignal erzeugt.
Zusammenfassend wird also anhand des Gesamtladungsmesswertes in der ausgewählten, ersten Ladungsmesseinrichtung 30 durch Vergleich mit dem Schwellenwert festgestellt, ob ein Fehlerstrom aufgetreten ist; dabei lässt sich beispielsweise in einem Gleichstromsystem nicht nur feststellen, ob überhaupt ein Fehler aufgetreten ist, sondern zusätzlich natürlich auch, welcher Art der Fehler ist, wenn nach dem Betragsvergleich des Gesamtladungsmesswertes mit dem vorgegebenem Schwellenwert noch zusätzlich das jeweilige Vorzeichen des Gesamtladungsmesswertes ausgewertet wird. Das Vorzeichen gibt nämlich – je nach seiner Zuordnung zu einer Stromrichtung an –, ob der Fehlerstrom in die Leitung 6 hinein- oder herausgeflossen ist.
Der Schwellenwert, mit dem der Gesamtladungsmesswert QA + ... QE verglichen wird, kann beispielsweise fest vorgegeben sein. Um jedoch besonders zuverlässig Fehlersignale erzeugen zu können, wird es als günstig angesehen, wenn der Schwellenwert der jeweiligen „Messsituation" automatisch angepasst wird; dies lässt sich dadurch erreichen, dass der Schwellenwert leiterendenindividuell an die Genauigkeit der Ladungsmesseinrichtungen (insbesondere auch der zugeordneten Stromwandler) angepasst wird. Konkret soll das Fehlersignal daher gebildet werden, wenn der Gesamtladungsmesswert QA + ... QE größer ist als eine fest vorgegebene Mindestschwelle Qmin und größer ist als ein Gesamtsystemfehler ΔQdiff. Unter dem Begriff Gesamtsystemfehler wird ein Fehler verstanden, der durch eine Abschätzung des maximal möglichen Messfehlers der gesamten Messanordnung gebildet ist. Der Gesamtsystemfehler ΔQdiff soll dabei gebildet werden gemäß
Der Anteil ΔQdiff_{Synchronisierung} berücksichtigt dabei Synchronisationsfehler beim Synchronisieren der Ladungsmesseinrichtungen; derartige Fehler treten dann auf, wenn die Ladungsmesswerte nicht zeitsynchron gemessen werden. Der Anteil ΔQdiff_{Gesamtfehler der jeweiligen Ladungsmesseinrichtung} gibt den Messfehler der jeweiligen Ladungsmesseinrichtung an. Dieser Messfehler ΔQdiff_{Gesamtfehler der jeweiligen Ladungsmesseinrichtung} setzt sich wiederum zusammen aus zwei Anteilen, nämlich:
wobei k ein die Messungenauigkeit (Toleranz) der jeweiligen Ladungsmesseinrichtung angebender Parameter ist, T die Länge des Messintervalls (Messfensters) bei der Ladungsmessung bezeichnet und
den auf den Nennstrom I_nenn bezogenen (nomierten) maximalen Stromwert im Messintervall angibt. ΔQdiff_Messfehler bezeichnet dabei also den auf die Messungenauigkeit k bei der Strommessung zurückgehenden Anteil am Gesamtfehler der jeweiligen Ladungsmesseinrichtung; dieser wächst bei steigendem Strom abhängig von der individuellen Messungenauigkeit k der jeweiligen Ladungsmesseinrichtung an.
Der Anteil ΔQdiff_Integration am Gesamtfehler der jeweiligen Ladungsmesseinrichtung berücksichtigt den je nach Integrationsverfahren auftretenden Integrationsfehler, der wiederum ladungsmesseinrichtungsindividuell unterschiedlich sein kann; der Anteil ΔQdiff_Integration ist natürlich nur dann relevant, wenn die Ladungsmesswerte durch Integration von Strommesswerten gewonnen werden.
Damit in der Ladungsmesseinrichtung 30 der Gesamtsystemfehler ΔQdiff gebildet werden kann, müssen hierzu die ladungsmesseinrichtungsindividuellen „Messfehler" ΔQdiff_Messfehler + ΔQdiff_Integration ermittelt und zu der Ladungsmesseinrichtung 30 übermittelt werden. Wie dies geschieht, soll nun nachfolgend erläutert werden. Hierzu werden folgende Abkürzungen eingeführt:
In jedem der Ladungsmessgeräte wird nun neben dem jeweiligen Ladungsmesswert QA, QB, ... QD also ebenfalls gemäß obigen Festlegungen der jeweilige Messfehler ΔQA, ΔQB, AQC, ΔQD und ΔQE gebildet und jeweils genauso behandelt wie der jeweilige Ladungsmesswert. Dies bedeutet konkret, dass die dritte Ladungsmesseinrichtung 36 ihren Messfehler ΔQC zu der zweiten Ladungsmesseinrichtung 33 überträgt. Diese addiert zu dem empfangenen Messfehler ΔQC den eigenen Messfehler ΔQB und überträgt die Messfehlersumme ΔQB + ΔQC zu der ersten Ladungsmesseinrichtung 30. In gleicher Weise empfängt die erste Ladungsmesseinrichtung 30 die Messfehlersumme ΔQD + ΔQE der Messfehler der vierten und fünften Ladungsmesseinrichtung 39 und 42.
In der ersten Ladungsmesseinrichtung 30 kann dann der „Gesamt-Messfehler" ΔQ_gesamt der Ladungsmesseinrichtungen gebildet werden gemäß ΔQgesamt = ΔQA + ΔQB + ΔQC + ΔQD + AQE
Zu dem Gesamtmessfehler ΔQ_gesamt muss dann zur Bildung des Gesamtsystemfehlers ΔQ_diff noch der Synchronisationsfehler hinzugezählt werden gemäß:
Die Berechnung des Synchronisationsfehlers wird im Zusammenhang mit der 3 erläutert.
Liegt der Gesamtsystemfehler ΔQ_diff in der ersten Ladungsmesseinrichtung 30 vor, so wird der Gesamtladungsmesswert QA + ... QE mit einem vorgegebenen Mindestschwellenwert Q_min und mit dem Gesamtsystemfehler ΔQ_diff verglichen, und es wird das Fehlersignal erzeugt, wenn gilt: QA + ... QE > Qmin und QA + ... QE > ΔQdiff
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für eine Anordnung, mit der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann. Man erkennt Ladungsmesseinrichtungen 100, 103, 106 und 109, die elektrisch mittels Datenleitungen 112 in einer kettenförmigen Struktur untereinander verbunden sind; dabei liegen zwei Ladungsmesseinrichtungen, und zwar die Ladungsmesseinrichtungen 100 und 109, am äußeren Ende der Kette und zwei Ladungsmesseinrichtungen, und zwar die Ladungsmesseinrichtungen 103 und 106, im Innern der Kette.
Die erste innenliegende Ladungsmesseinrichtung 103 ist mit ihrem Messwerteingang E103a mit einem Messwertausgang A100a der ihr vorgeordneten Ladungsmesseinrichtung 100 verbunden. Der ersten innenliegenden Ladungsmesseinrichtung 103 ist an ihrem Messwertausgang A103a ein Messwerteingang E106a der zweiten innenliegenden Ladungsmesseinrichtung 106 nachgeordnet, der wiederum an ihrem Messwertausgang A106a ein Messwerteingang E109a der zweiten außenliegenden Ladungsmesseinrichtung 109 nachgeschaltet ist. Die zweite außenliegende Ladungsmesseinrichtung 109 weist außerdem einen Messwertausgang A109b auf, der mit einem weiteren Messwerteingang E106b der zweiten innenliegenden Ladungsmesseinrichtung 106 verbunden ist; diese zweite innenliegende Ladungsmesseinrichtung 106 ist mit einem weiteren Messwertausgang A106b außerdem an einen weiteren Messwerteingang E103b der ersten innenliegenden Ladungsmesseinrichtung 103 angeschlossen. Mit einem weiteren Messwertausgang A103b ist diese erste innenliegende Ladungsmesseinrichtung 103 auch mit einem Messwerteingang E100b der ersten außenliegenden Ladungsmesseinrichtung 100 verbunden.
Außerdem besteht eine weitere Datenleitung 115, und zwar eine Duplexleitung, zwischen der ersten außenliegenden Ladungsmesseinrichtung 100 und der zweiten außenliegenden Ladungsmesseinrichtung 109.
Jede der Ladungsmesseinrichtungen 100, 103, 106 und 109 ist darüber hinaus jeweils an ein Leiterende der vier Leiterenden 120, 123, 126 und 129 aufweisenden elektrischen Leitung 130 – in der 2 nur schematisch angedeutet – angeschlossen und misst die durch ihr Leiterende fließende Ladung QA', QB', QC' oder QD' unter Bildung von Ladungsmesswerten QA, QB, QC oder QD; dabei misst die erste außenliegende Ladungsmesseinrichtung 100 den Ladungsmesswert bzw. die Ladungsmesswerte QA am ersten Leiterende 120, die erste innenliegende Ladungsmesseinrichtung 103 den Ladungsmesswert bzw. die Ladungsmesswerte QB am zweiten Leiterende 123, die zweite innenliegende Ladungsmesseinrichtung 106 den Ladungsmesswert bzw. die Ladungsmesswerte QC am dritten Leiterende 126 und die zweite außenliegende Ladungsmesseinrichtung 109 den Ladungsmesswert bzw. die Ladungsmesswerte QD am vierten Leiterende 129.
Die Anordnung gemäß 2 wird wie folgt betrieben: Der mit der ersten außenliegenden Ladungsmesseinrichtung 100 gemessene Ladungsmesswert QA wird zu dem einen Messwerteingang E103a der ersten innenliegenden Ladungsmesseinrichtung 103 über die Datenleitung 112 übertragen. In dieser wird aus ihrem eigenen Ladungsmesswert QB und aus dem Messwert QA der ersten außenliegenden Ladungsmesseinrichtung 100 ein Summenladungsmesswert QA + QB gebildet, der als Messwert QA + QB zu dem einen Messwerteingang E106a der zweiten innenliegenden Ladungsmesseinrichtung 106 übertragen wird. In der zweiten innenliegenden Ladungsmesseinrichtung 106 wird aus dem Messwert QA + QB und ihrem eigenen Ladungsmesswert QC ein neuer Summenladungsmesswert QA + QB + QC gebildet, der als Messwert zu dem einen Messwerteingang E109a der zweiten außenliegenden Ladungsmesseinrichtung 109 übermittelt wird. In dieser Ladungsmesseinrichtung 109 wird aus dem Messwert QA + QB + QC und ihrem eigenen Ladungsmesswert QD ein Gesamtstromwert QA + QB + QC + QD gebildet; die Ladungsmesseinrichtung 109 erzeugt an einem nicht dargestellten Steuerausgang ein Fehlersignal S für einen Fehlerstrom, wenn der Gesamtstromwert QA + QB + QC + QD den vorgegebenen Mindestschwellenwert Q_min und den Gesamtsystemfehler ΔQ_diff überschreitet. Der Gesamtsystemfehler wird dabei genauso ermittelt wie es im Zusammenhang mit der 1 erläutert wurde, nämlich unter Berücksichtigung der ladungsmessgeräteindividuellen Messfehler ΔQA, ΔQB, ... ΔQD sowie des auftretenden Synchronisationsfehlers. Um dies zu ermöglichen, müssen natürlich die entsprechenden ladungsmessgeräteindividuellen Messfehler ΔQA, ΔQB, ... ΔQD jeweils mit den Ladungswerten QA, QB, ... QD mitübertragen werden, wie dies im Zusammenhang mit der 1 erläutert wurde; in der 2 ist der Übersichtlichkeit halber auf die Angabe der entsprechenden Bezugszeichen ΔQA, ΔQB, ... ΔQD verzichtet worden.
Gleichzeitig wird der Ladungsmesswert QD der zweiten außenliegenden Ladungsmesseinrichtung 109 als weiterer Messwert zu dem weiteren Messwerteingang E106b der zweiten innenliegenden Ladungsmesseinrichtung 106 übertragen. In der zweiten innenliegenden Ladungsmesseinrichtung 106 liegt nun also an dem einen Messwerteingang E106a der eine Messwert QA + QB der ersten innenliegenden Ladungsmesseinrichtung 103 und an dem weiteren Messwerteingang E106b der weitere Messwert QD vor. Aus den beiden Messwerten und ihrem eigenen gemessenen Ladungsmesswert QC wird in der Ladungsmesseinrichtung 106 der Gesamtladungsmesswert QA + QB + QC + QD gebildet, und es wird das Fehlersignal gebildet, sobald der Gesamtladungsmesswert QA + QB + QC + QD den vorgegebenen Mindestschwellenwert Q_min und den Gesamtsystemfehler ΔQ_diff überschreitet; das Fehlersignal S wird dann an einem nicht dargestellten Steuerausgang abgegeben. In der Ladungsmesseinrichtung 106 wird aus dem an dem weiteren Messwerteingang E106b anliegenden weiteren Messwert QD und ihrem eigenen Ladungsmesswert QC außerdem ein weiterer Summenladungsmesswert QC + QD gebildet, der an dem weiteren Messwertausgang A106b abgegeben und zu der ersten innenliegenden Ladungsmesseinrichtung 103 übertragen wird.
In der ersten innenliegenden Ladungsmesseinrichtung 103 liegt nun an dem einen Messwerteingang E103a der eine Messwert QA der ersten außenliegenden Ladungsmesseinrichtung 100 und an dem weiteren Messwerteingang E103b der weitere Messwert QC + QD vor. Aus den beiden Messwerten QA und QC + QD und ihrem eigenen gemessenen Ladungsmesswert QB wird in der Ladungsmesseinrichtung 103 der Gesamtladungsmesswert QA + QB + QC + QD gebildet, und es wird das Fehlersignal gebildet, sobald der Gesamtladungsmesswert QA + QB + QC + QD den vorgegebenen Mindestschwellenwert Q_min und den Gesamtsystemfehler ΔQ_diff überschreitet; das Fehlersignal S wird dann an einem nicht dargestellten Steuerausgang abgegeben. In der Ladungsmesseinrichtung 103 wird aus dem an dem weiteren Messwerteingang E103b anliegenden weiteren Messwert QC + QD und dem eigenen Ladungsmesswert QB außerdem ein weiterer Summenladungsmesswert QB + QC + QD gebildet, der an dem weiteren Messwertausgang A103b zu der ersten außenliegenden Ladungsmesseinrichtung 100 abgegeben wird.
In der ersten außenliegenden Ladungsmesseinrichtung 100 liegt nun an dem Messwerteingang E100b der Messwert QB + QC + QD der ersten innenliegenden Ladungsmesseinrichtung 103 vor. Aus dem Messwert QB + QC + QD und dem eigenen gemessenen Ladungsmesswert QA wird in der ersten außenliegenden Ladungsmesseinrichtung 100 der Gesamtladungsmesswert QA + QB + QC + QD gebildet, und es wird das Fehlersignal gebildet, sobald der Gesamtladungswert QA + QB + QC + QD den vorgegebenen Mindestschwellenwert Q_min und den Gesamtsystemfehler ΔQ_diff überschreitet; das Fehlersignal S wird dann an einem nicht dargestellten Steuerausgang abgegeben.
Zusammengefasst werden also zu jeder der Ladungsmesseinrichtungen ein Messwert bzw. zwei Messwerte übertragen, mit denen jede der Ladungsmesseinrichtungen in der Lage ist, unter Heranziehung des eigenen Ladungsmesswertes den Gesamtladungsmesswert zu ermitteln und das Fehlersignal zu erzeugen.
Über die weitere Datenleitung 115 wird zwischen den beiden außenliegenden Ladungsmesseinrichtungen 100 und 109 jeweils der Gesamtladungsmesswert zu Kontrollzwecken übermittelt; dazu wird in den beiden Ladungsmesseinrichtung geprüft, ob der von der jeweils anderen außenliegenden Ladungsmesseinrichtung übermittelte Gesamtladungsmesswert dem eigenen Gesamtladungsmesswert entspricht. Falls dies nicht der Fall sein sollte, wird ein Alarmsignal erzeugt, das einen Fehler in der Messanordnung angibt. Ein weiterer Vorteil der weiteren Datenleitung 115 besteht darin, dass die Anordnung gemäß 2 auch dann Weiterbetrieben werden kann, wenn eine Datenleitung 112 zwischen zwei benachbarten Ladungsmesseinrichtungen unterbrochen ist, weil in einem solchen Fall die weitere Datenleitung 115 als Ersatz für die unterbrochene Datenleitung 112 verwendet werden kann.
Die eine und die weitere Recheneinheit können beispielsweise durch eine DV-Anlage bzw. durch eine Mikroprozessoranordnung gebildet sein.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Ladungsmesseinrichtung, wie sie in den Anordnungen gemäß 1 und 2 eingesetzt werden kann; dabei wird für die Erläuterung von der Ladungsmesseinrichtung 103 gemäß 2 ausgegangen, und es werden zur Vereinfachung des Verständnisses der 3 für bereits im Zusammenhang mit der 2 erläuterte Komponenten in der 3 die gleichen Bezugszeichen wie in der 2 verwendet.
Die Ladungsmesseinrichtung 103 weist einen Stromeingang I103a und einen weiteren Stromeingang I103b auf, mit denen die Ladungsmesseinrichtung 103 an das Leiterende 123 der Leitung 130 gemäß 2 angeschlossen ist. Mit den beiden Stromeingängen I103a und I103b ist eine Messeinheit 73 verbunden, der ein Addierglied 76 als Recheneinheit mit einem Eingang E76a, ein weiteres Addierglied 77 als weitere Recheneinheit mit einem Eingang E77a und eine Steuereinheit 78 mit einem Eingang E78a nachgeordnet ist. Das Addierglied 76 ist mit einem weiteren Eingang E76b mit dem einen Messwerteingang E103a der Ladungsmesseinrichtung 103 und mit einem Ausgang A76 mit dem einen Messwertausgang A103a der Ladungsmesseinrichtung 103 verbunden.
Das weitere Addierglied 77 ist mit einem weiteren Eingang E77b an den weiteren Messwerteingang E103b der Ladungsmesseinrichtung 103 und mit einem Ausgang A77 an den weiteren Messwertausgang A103b der Ladungsmesseinrichtung 103 angeschlossen.
Ein weiterer Eingang E78b der Steuereinheit 78 ist an den einen Messwerteingang E103a der Ladungsmesseinrichtung 103 angeschlossen; ein zusätzlicher Messwerteingang E78c der Steuereinheit 78 ist mit dem weiteren Messwerteingang E103b der Ladungsmesseinrichtung 103 verbunden.
Mit der Messeinheit 73 wird der Strom IB' im Leiterende 123 gemessen und ein dem Strom IB' entsprechender Strommesswert IB gebildet. In der Messeinheit 73 werden alle Strommesswerte IB, die während einer vorgegebenen Messdauer T bzw. während eines vorgegebenen Messfensters gebildet werden, integriert unter Bildung eines Ladungsmesswertes QB.
Dieser Ladungsmesswert QB gibt dann also die Ladung QB' an, die während der Messdauer T = t1 – to durch das Leiterende 123 geflossen ist.
Die Messdauer T bzw. die Länge des Messfensters beträgt dabei T = 1 / f· 1 / 4 = 5 ms (bei 50 Hz Wechselstrom), wobei f die Grundfrequenz des Wechselstroms IB' bezeichnet und beispielsweise 50 Hz oder 60 Hz betragen kann. Die Ladungsmessung wird dabei zyklisch wiederholt, wobei sich die Messfenster überschneiden sollen; konkret werden nämlich besonders gute Ergebnisse beim Erzeugen des Fehlersignals S erreicht, wenn die Messfenster etwa um 1/8 der Periode des Wechselstroms IB' (= 45°-Verschiebung) verschoben sind. Unter einer 45°-Verschiebung der Messfenster wird also verstanden, dass die jeweils nächste Ladungsmessung zeitlich in der Mitte der jeweils vorausgehenden Ladungsmessung erfolgen soll:
Wobei Δt den zeitlichen Versatz der Messfenster und T die Länge der Messfenster bezeichnet; es soll also gelten: Δt = T2 = 2,5 ms (bei 50 Hz)
Dieser so gebildete Ladungsmesswert QB gelangt zu der Recheneinheit 76, in der aus diesem und dem einen Ladungsmesswert QA an dem einen Messwerteingang E103a ein Summenladungsmesswert QA + QB gebildet und dieser als Messwert zu dem einen Messwertausgang A103a der Ladungsmesseinrichtung 103 übertragen wird.
Der Ladungsmesswert QB gelangt auch zu dem weiteren Recheneinheit 77, in dem aus dem weiteren Messwert QC + QD an dem weiteren Messwerteingang E103b der Ladungsmesseinrichtung 103 und dem Ladungsmesswert QB ein weiterer Summenladungsmesswert QB + QC + QD gebildet und als Messwert an dem weiteren Messwertausgang A103b der Ladungsmesseinrichtung 103 abgegeben wird.
Außerdem wird der Ladungsmesswert QB zu der Steuereinheit 78 übertragen, in der aus dem eigenen Ladungsmesswert QB, dem einen Messwert QA und dem weiteren Messwert QC + QD ein Gesamtladungsmesswert QA + QB + QC + QD gebildet wird.
In der Steuereinheit 78 wird dieser Gesamtladungsmesswert QA + ... + QD mit einem der Messsituation angepassten Schwellenwert verglichen. Überschreitet der Gesamtladungsmesswert diesen Schwellenwert, so wird an einem Steuersignalausgang S103 der Strommesseinrichtung 103 ein Signal S abgegeben, das einen Fehlerstrom in der Leitung 130 kennzeichnet. Wie der Vergleich mit dem Schwellenwert im Detail durchgeführt wird, wird nachfolgend beschrieben:
In der Messeinheit 73 wird darüber hinaus der Messfehler ΔQB der Ladungsmesseinrichtung 103 gebildet gemäß:
wobei kg (typischerweise = 0,2) die Messungenauigkeit bzw. Messtoleranz der Ladungsmesseinrichtung 103 angibt. T beträgt 5 ms, und I_nenn ist ein vorgegebener Nennstrom, der durch den Leiter 6 vorgegeben ist. Der Integrationsfehler hängt von der Art des Integrationsverfahrens ab und ist abhängig von den gemessenen Strommesswerten IB.
Der Messfehler ΔQB gelangt zu der Recheneinheit 76, in der er zu dem eingangsseitig anliegenden Messfehler ΔQA addiert wird. Die Messfehlersumme ΔQA + ΔQB wird am Messwertausgang Δ103a der Ladungsmesseinrichtung 103 abgegeben.
Der Messfehler ΔQB gelangt auch zu dem weiteren Addierglied 77, in dem zu dem Messfehler ΔQB die Messwertsumme ΔQC + ΔQD vom Messwerteingang E103b hinzugezählt wird. Die Messwertsumme ΔQB + ΔQC + ΔQD wird am weiteren Messwertausgang A103b der Ladungsmesseinrichtung 103 abgegeben.
Darüber hinaus gelangt der Messfehler ΔQB zu der Steuereinheit 78, in der durch Summenbildung der dort eingangsseitig anliegenden Messfehler ΔQA, ΔQB, ΔQC und ΔQD ein Gesamtmessfehler ΔQA + ... + ΔQD gebildet wird.
Mit diesem Gesamtmessfehler wird dann ein Gesamt-Systemfehler ΔQ_diff in der Steuereinheit 78 gebildet gemäß:
wobei
eine in der Steuereinheit 78 fest abgespeicherte Größe ist, die den durch fehlerhafte Synchronisierung zwischen den Ladungsmessgeräten verursachten Fehler angibt.
kann aber auch in der Steuereinheit 78 gebildet werden, wie folgt:
wobei ΔT_synch den geschätzten und in der Steuereinheit 78 abgespeicherten, maximalen zeitlichen Synchronisationsfehler zwischen den einzelnen Taktsignalen T_A bezeichnet und wobei k_sync ein Faktor ist, der beispielsweise wie folgt berechnet werden kann:
Beträgt T = 5 ms und die minimale Messungenauigkeit (Messtoleranz) der beteiligten Ladungsmesseinrichtungen (Bezugszeichen 30, 33, 36, 39 und 42 in 1 und Bezugszeichen 100, 103, 106 und 109 in 2) 0,2, so beträgt k_sync also 1000 1/s.
Anschließend wird das Fehlersignal S gebildet, wenn der Gesamtladungsmesswert QA + ... QD größer ist als die fest vorgegebene Mindestschwelle Q_min und größer ist als der Gesamtsystemfehler ΔQdiff.
Die Strommesseinrichtung 103 weist außerdem einen Anschluss Q1 auf, der mit der Steuereinheit 78 verbunden ist. Falls die Strommesseinrichtung 103 als außenliegende Strommesseinrichtung 100 bzw. 109 gemäß 2 betrieben werden soll, kann die Strommesseinrichtung über diesen Anschluss Q1 mit der jeweils anderen außenliegenden Strommesseinrichtung über die weitere Datenleitung 115 zur Übertragung des Gesamtladungswertes QA + ... + QD verbunden werden. In der Steuereinheit 78 wird dann verglichen, ob der eigene Gesamtladungswert gleich dem übertragenen Gesamtladungsmesswert der anderen außenliegenden Strommesseinrichtung ist. Falls dies nicht der Fall sein sollte, wird an einem weiteren Anschluss Q2 ein Alarmsignal A abgegeben, das angibt, dass ein Fehler in der Messanordnung aufgetreten ist.
Die Strommesseinrichtung 103 weist einen Takteingang T103 auf, mit dem sie an einen Taktgenerator angeschlossen ist. Die Bildung der Strommesswerte IB und der Ladungsmesswerte QB erfolgt damit zeitlich synchron mit den übrigen Ladungsmesseinrichtungen gemäß 1 und 2. Die Taktsynchronisation kann auch auf andere Weise über die Datenleitungen erfolgen, beispielsweise über Datenleitungen wie in der eingangs genannten Druckschrift (z. B. Ping-Pong-Verfahren) beschrieben.
Die eine und die weitere Recheneinheit 76 und 77 sowie die Steuereinheit 78 können durch eine DV-Anlage, beispielsweise eine Mikroprozessoranordnung gebildet sein.

Claims

Verfahren zum Erzeugen eines einen Fehlerstrom eines mindestens zwei Leiterenden (120, 123, 126, 129) aufweisenden elektrischen Leiters (130) kennzeichnenden Fehlersignals mit Ladungsmesseinrichtungen (100, 103, 106, 109), die über Datenleitungen (112) untereinander verbunden sind und von denen an jedem Leiterende des Leiters jeweils eine angebracht ist, wobei bei dem Verfahren – mit den Ladungsmesseinrichtungen Ladungsmesswerte gemessen werden, die jeweils die durch das jeweilige Leiterende während einer vorgegebenen Messdauer geflossene Ladungsmenge angeben, – mit den Ladungsmesswerten unter Berücksichtigung der Richtung des Ladungsflusses durch Addition ein Gesamtladungsmesswert gebildet wird und – das Fehlersignal erzeugt wird, wenn der Gesamtladungsmesswert betragsmäßig einen an die jeweilige Messsituation angepassten Schwellenwert überschreitet, dadurch gekennzeichnet, dass – der Schwellenwert unter Berücksichtigung der individuellen Messtoleranz der einzelnen Ladungsmesseinrichtungen gebildet ist, wobei – die Beträge der Ladungsmesswerte jedes Leiterendes mit der individuellen Messtoleranz der jeweiligen Ladungsmesseinrichtung gewichtet und unter Bildung eines Gesamtmessfehlers aufsummiert werden und – der Schwellenwert derart gewählt wird, dass er stets mindestens so groß ist wie der Gesamtmessfehler.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – mit den Ladungsmesseinrichtungen zunächst der durch die jeweiligen Leiterenden fließende Strom gemessen wird und – durch analoge oder digitale Integration der dabei gebildeten Strommesswerte über die Messdauer jeweils die Ladungsmesswerte gebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass – für jedes Leiterende jeweils der maximale Strommesswert innerhalb der Messdauer bestimmt wird, – die maximalen Strommesswerte jeweils mit einem die Messdauer angebenden Messdauer-Wert unter Bildung fiktiver momentaner Maximalladungsmesswerte multipliziert werden, – die Beträge der Maximalladungsmesswerte jeweils mit der individuellen Messtoleranz der jeweiligen Ladungsmesseinrichtung gewichtet und unter Bildung eines Gesamtstrommessfehlers aufsummiert werden und – der Schwellenwert derart gewählt wird, dass er stets mindestens so groß ist wie der Gesamtstrommessfehler.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass – der durch die Integration der Strommesswerte auftretende Integrationsfehler in jeder der Ladungsmesseinrichtungen aufsummiert wird, – der resultierende Gesamtintegrationsfehler zu dem Gesamtstrommessfehler unter Bildung eines Gesamtmessfehlers addiert wird und – der Schwellenwert derart gewählt wird, dass er stets mindestens so groß ist wie der Gesamtmessfehler.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 1, dadurch gekennzeichnet, dass – der durch fehlerhafte Synchronisation der Ladungsmesseinrichtungen maximal auftretende Synchronisationsfehler ermittelt wird, – der resultierende Synchronisationsfehler zu dem Gesamtmessfehler unter Bildung eines Gesamt-Systemfehlers addiert wird und – der Schwellenwert derart gewählt wird, dass er stets mindestens so groß ist wie der Gesamt-Systemfehler.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass – das Fehlersignal erzeugt wird, wenn der Gesamtladungsmesswert – einen fest vorgegebenen Mindestschwellenwert und – den Gesamtsystemfehler überschreitet.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die Messung der Ladungsmesswerte in der Weise regelmäßig wiederholt wird, dass der zeitliche Abstand zwischen jeweils zwei aufeinander folgenden Messungen kleiner ist als die vorgegebene Messdauer.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass – die vorgegebene Messdauer derart bemessen ist, dass sie kleiner ist als die halbe Periodendauer des Stroms.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass – die vorgebende Messdauer etwa einem Viertel der Periodendauer des Stroms entspricht.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Abstand zwischen jeweils zwei aufeinander folgenden Messungen etwa halb so groß ist wie die vorgegebene Messdauer.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – bei einem Leiter (130) mit mindestens drei Leiterenden (120, 123, 126, 129) zu einer ausgewählten Ladungsmesseinrichtung (109) ein Zwischenwert (QA + QB + QC) übertragen wird, der aus den Ladungsmesswerten der übrigen Ladungsmesseinrichtungen durch Addition vorab gebildet ist, und – der Gesamtladungsmesswert (QA + QB + QC + QD) mit dem Ladungsmesswert (QD) der ausgewählten Ladungsmesseinrichtung (109) und mit dem Zwischenwert (QA + QB + QC) durch Addition gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Leiter (130) mit mindestens drei Leiterenden (120, 123, 126, 129) – zu der ausgewählten Ladungsmesseinrichtung (30) zwei Zwischenwerte übertragen werden, und zwar – ein erster, der aus den Ladungsmesswerten (QB + QC) einer ersten Gruppe der übrigen Ladungsmesseinrichtungen durch Addition gebildet ist, und – ein zweiter Zwischenwert (QD + QE), der aus den Ladungsmesswerten einer zweiten Gruppe der übrigen Ladungsmesseinrichtungen durch Addition gebildet ist, wobei die zweite Gruppe alle Ladungsmesseinrichtungen außer der ausgewählten Ladungsmesseinrichtung und den Ladungsmesseinrichtungen der ersten Gruppe enthält, – der Gesamtladungsmesswert (QA + QB + QC + QD) mit dem Ladungsmesswert (QD) der ausgewählten Ladungsmesseinrichtung (109) und den beiden Zwischenwerten (QA + QB + QC) durch Addition gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – bei einem Leiter (130) mit mindestens drei Leiterenden (120, 123, 126, 129) zu einer ausgewählten Ladungsmesseinrichtung (109) ein Fehlerzwischenwert (ΔQA + ΔQB + ΔQC) übertragen wird, der aus den Messfehlern der übrigen Ladungsmesseinrichtungen durch Addition vorab gebildet ist, und – der Gesamtmessfehler (ΔQA + ΔQB + ΔQC + ΔQD) mit dem Messfehler (ΔQD) der ausgewählten Ladungsmesseinrichtung (109) und mit dem Fehlerzwischenwert (ΔQA + ΔQB + ΔQC) durch Addition gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Leiter (6) mit mindestens drei Leiterenden (9, 12, 15, 18, 21) – zu der ausgewählten Ladungsmesseinrichtung (30) zwei Fehlerzwischenwerte übertragen werden, und zwar – ein erster, der aus den Messfehlern (ΔQB + ΔQC) einer ersten Gruppe der übrigen Ladungsmesseinrichtungen durch Addition gebildet ist, und – ein zweiter Fehlerzwischenwert (ΔQD + ΔQE), der aus den Messfehlern einer zweiten Gruppe der übrigen Ladungsmesseinrichtungen durch Addition gebildet ist, wobei die zweite Gruppe alle Ladungsmesseinrichtungen außer der ausgewählten Ladungsmesseinrichtung und den Ladungsmesseinrichtungen der ersten Gruppe enthält, – der Gesamtmessfehler (ΔQA + ΔQB + ΔQC + ΔQD) mit dem Messfehler (ΔQD) der ausgewählten Ladungsmesseinrichtung (30) und den beiden Fehlerzwischenwerten (ΔQA + ΔQB + ΔQC) durch Addition gebildet wird.